X射線數(shù)字成像技術(shù)在GIS設(shè)備吸附劑罩材質(zhì)識別中的應(yīng)用

龐先海，景 皓，沈 洋，李曉峰

(1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021;2.國網(wǎng)河北省電力公司正定縣供電分公司，石家莊 050800)

目前，GIS 設(shè)備大量應(yīng)用于電網(wǎng)，且比例越來越大，如何維護(hù)GIS 設(shè)備已是實際面臨的難題［1］。為及時發(fā)現(xiàn)故障或缺陷征兆，避免重大事故，同時減少盲目的定期檢修所造成的停電、人力物力的浪費(fèi)和可能的設(shè)備損壞，研究新型的有效的檢測技術(shù)成為必要［2］。X 射線數(shù)字成像技術(shù)實現(xiàn)了GIS 設(shè)備帶電狀態(tài)下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“可視化”檢測，特別是能夠有效識別GIS 設(shè)備內(nèi)部吸附劑罩材質(zhì)，克服超高頻、超聲波等帶電檢測技術(shù)無法識別GIS 內(nèi)部吸附劑罩材質(zhì)的缺陷，補(bǔ)充了GIS 設(shè)備的檢測手段，為開展電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修提供了有力的技術(shù)支持［3］。

1 GIS 設(shè)備吸附劑罩缺陷

吸附劑罩作為GIS 內(nèi)部盛放吸附劑的容器，一般為不銹鋼材質(zhì)，但部分設(shè)備制造商為降低成本，使用塑料材質(zhì)的吸附劑罩。塑料材質(zhì)吸附劑罩存在下列問題:一是GIS 多安裝在室外，隨季節(jié)變化驟冷驟熱易造成塑料材質(zhì)老化，最終引起破損;二是吸附劑自身有一定質(zhì)量，對于在GIS 頂部或側(cè)面安裝的吸附劑罩，長時間在吸附劑質(zhì)量作用下易發(fā)生變形破裂;三是塑料材質(zhì)熱膨脹系數(shù)為80 ～120 μm/℃，不銹鋼材質(zhì)熱膨脹系數(shù)為14 ～16 μm/℃，兩者差別較大，在溫度變化時，GIS 金屬殼體熱脹冷縮程度要小于塑料吸附劑罩，因此尺寸越大的吸附劑罩破損越嚴(yán)重［4］。

GIS 設(shè)備內(nèi)部絕緣介質(zhì)為SF6氣體，該介質(zhì)電場均勻程度受雜質(zhì)影響較大，當(dāng)GIS 內(nèi)部存在雜質(zhì)或微粒后，易發(fā)生絕緣擊穿放電故障［5］。事實證明，如果運(yùn)行中的GIS 內(nèi)吸附劑罩破裂造成吸附劑掉落，將引起GIS 內(nèi)部放電故障［6］。

2 X 射線數(shù)字成像技術(shù)檢測原理及方法

2.1 檢測原理

X 射線穿過物質(zhì)時，會存在吸收、散射等情況，其穿透能力由物質(zhì)的密度、質(zhì)量吸收系數(shù)等性質(zhì)決定［2］。X 射線穿透被檢設(shè)備后照射在涂有感光材料的X 射線感應(yīng)板上，并在其上面記錄透過的X 射線強(qiáng)度，X 射線照射量決定了感應(yīng)板上每個點的黑化程度［7］。因被檢設(shè)備不同部位的材料性質(zhì)和厚度存在差異，透過被檢設(shè)備的X 射線強(qiáng)度也存在差異，致使X 射線感應(yīng)板上存在黑度差異，經(jīng)掃描儀掃描并轉(zhuǎn)換后形成平面影像［8］。

2.2 檢測方法

移動式X 射線數(shù)字成像(CR)檢測系統(tǒng)，采用先進(jìn)的CR 成像技術(shù)，其部件主要由X 射線源、X 射線感應(yīng)板、感應(yīng)板掃描儀和圖像分析處理系統(tǒng)等組成［7］。現(xiàn)場操作時，讓X 射線源靠近被測設(shè)備，射線出口對準(zhǔn)需測區(qū)域中心，感應(yīng)板放在被測設(shè)備正背面。照射完成后將感應(yīng)板取回、掃描，并將數(shù)據(jù)傳入上位機(jī)，根據(jù)圖像效果判斷是否調(diào)整參數(shù)或位置進(jìn)行重新照射。

3 GIS 設(shè)備吸附劑罩X 射線透視模擬試驗

3.1 不銹鋼材質(zhì)吸附劑罩試驗

為有效排查現(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備中塑料材質(zhì)吸附劑罩，首先進(jìn)行GIS 設(shè)備不銹鋼材質(zhì)吸附劑罩模擬試驗，將現(xiàn)場實測顯示和模擬試驗影像進(jìn)行對比，確定吸附劑罩的材質(zhì)。不銹鋼材質(zhì)吸附劑罩主要存在以下特點:吸附劑罩網(wǎng)孔清晰明顯;吸附劑罩和底片相比輪廓清晰易見;吸附劑罩邊緣無棱角。不銹鋼吸附劑罩網(wǎng)孔和輪廓清晰主要是因為吸附劑罩較為厚實、不銹鋼密度較大，增大了X 射線透視的難度，增加了吸附劑罩處的對比度。吸附劑罩邊緣無棱角主要因鑄造工藝造成，同時無棱角也降低了吸附劑罩處的電場強(qiáng)度。

3.2 塑料材質(zhì)吸附劑罩試驗

塑料材質(zhì)的吸附劑罩主要有2 種，一種是帶棱角的吸附劑罩，一種是帶倒角的吸附劑罩。塑料吸附劑罩主要存在以下特點:塑料吸附劑罩網(wǎng)孔不清晰;部分塑料吸附劑罩邊緣有棱角;塑料吸附劑罩因材質(zhì)較薄，密度較小，與底片相比輪廓不清晰;塑料吸附劑罩能夠清晰看出吸附劑(分子篩顆粒)。

4 X 射線數(shù)字成像技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 110 kV GIS 吸附劑罩檢測

某110 kV 變電站母線氣室吸附劑罩X 射線影像如圖1所示，避雷器氣室吸附劑罩影像如圖2所示。由圖1可知，該母線氣室吸附劑罩網(wǎng)孔、輪廓明晰，應(yīng)為金屬吸附劑罩;由圖2可知，該避雷器氣室吸附劑罩網(wǎng)孔、輪廓均不清晰，且能夠清晰看出吸附劑影像，應(yīng)為塑料吸附劑罩。

圖1 110 kV 母線氣室吸附劑罩

圖2 110 kV 避雷器氣室吸附劑罩

4.2 220 kV GIS 吸附劑罩檢測

某變電站220 kV GIS 各氣室吸附劑罩X 射線影像如圖3所示。其中，圖3(a)為母線隔離開關(guān)氣室，圖3(b)為電纜頭氣室。

由圖3可知，母線隔離開關(guān)氣室具有明顯金屬倒角輪廓，細(xì)看有網(wǎng)孔存在，應(yīng)為金屬吸附劑罩。電纜頭氣室吸附劑罩網(wǎng)孔、輪廓均不清晰，且能夠清晰看出吸附劑影像，應(yīng)為塑料吸附劑罩。

圖3 某220 kV 變電站各GIS 氣室吸附劑罩

4.3 500 kV GIS 吸附劑罩檢測

某500 kV 變電站斷路器氣室吸附劑罩X 射線影像如圖4所示，電流互感器氣室吸附劑罩影像如圖5所示。由圖4可知，該斷路器氣室吸附劑罩網(wǎng)孔、輪廓明晰，應(yīng)為金屬吸附劑罩;由圖5可知，該電流互感器吸附劑罩網(wǎng)孔不清晰、輪廓不分明且能夠清晰看出吸附劑影像，應(yīng)為塑料吸附劑罩。

圖4 500 kV 斷路器氣室吸附劑罩

圖5 500 kV 電流互感器氣室吸附劑罩

5 結(jié)束語

以上分析了GIS 設(shè)備塑料材質(zhì)吸附劑罩存在的缺陷，使用移動式X 射線數(shù)字透視成像系統(tǒng)，實現(xiàn)了將X 射線數(shù)字成像技術(shù)應(yīng)用于GIS 設(shè)備吸附劑罩缺陷的“可視化”檢測，避免了因設(shè)備狀態(tài)檢測造成的停電，解決了吸附劑罩缺陷難以有效識別和判斷的重大難題。該技術(shù)可成功發(fā)現(xiàn)塑料吸附劑罩缺陷，為GIS 設(shè)備狀態(tài)檢修工作提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。X 射線數(shù)字成像技術(shù)應(yīng)用能夠提高GIS設(shè)備運(yùn)行維護(hù)水平、減少停電檢修時間、降低故障率，確保設(shè)備安全和提高供電可靠性。

［1］李建基.高壓開關(guān)設(shè)備實用技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［2］鄭世才.射線檢測［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］鄭世才.射線實時成像檢驗技術(shù)［J］.無損檢測，1996，18(7):512-514.

［4］巫松楨，謝大榮，陳壽田，等.電氣絕緣材料科學(xué)與工程［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1996.

［5］林 莘.現(xiàn)代高壓電器技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［6］印 華，邱毓昌.GIS 中局部放電測量用超高頻方法的研究［J］.高電壓技術(shù)，2004，30(10):19-20.

［7］閆 斌，何喜梅，吳童生.GIS 設(shè)備X 射線可視化檢測技術(shù)［J］.中國電力，2010，43(7):44-47.

［8］余長江，王激光，鄭西振.射線探傷裝置［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994.